上的拱門]]
拱為常見建築结构之一,型態定義為中央上半成圓弧曲線。拱早期經常運用於跨逕大的橋樑或門首。又可分為箱形拱、圆弧拱、雙曲拱、肋拱、桁架拱、剛架拱等。近年來,各國於諸如拱橋的設計上,除了講究安全實用外,也強調拱軸線優化,連拱計算、拱式建築荷載橫向分佈,使各種形式拱式建築於完善。
拱最早是出現在公元前二千年的美索不达米亚的磚建築,不過一直到古羅馬時期才開始有系統的將拱應用在許多建築結構中。
基本概念
拱屬於純壓力結構,可以在有大跨度的情形下,將受力轉換為各元件的壓應力,而不會有張應力。有時會稱為「拱圈作用」(arch action)。當拱結構的受力帶到地面時.拱結構會對基地施下一往外的力,稱為「拱推力」。當拱的高度下降時,其往外的拱推力也會變大。為了維持拱圈作用,避免拱結構倒塌,需要抑制往外的拱推力,可能是利用內部的拉桿或是外部的支撐,例如。
固定拱以及鉸接拱
最常見的幾種真拱為固定拱、兩鉸拱(two-hinged arch)及三鉸拱(three-hinged arch),讓結構可以形變,以配合因為室外溫度變化產生的热胀冷缩。不過仍然會有額外的應力,因此兩鉸拱仍然是靜不定拱,不過情形比固定拱要好很多。三鉸拱最常用在中等跨距的拱,例如大型建築的屋頂。三鉸拱的另一個好處是鉸支承底座比固定式底座好施工,可以在中等長度範圍內使用淺的,軸承型基礎。在三鉸拱中,拱的熱热胀冷缩會讓頂點有垂直方向的位移,但二個底座不會有太大的影響,這可以簡化底座的設計。古羅馬建築大量的使用圓拱,而且有很大的跨距。會用許多圓拱接續排列,以形成拱廊,例如古羅馬水道。
尖拱常出現在哥特式建筑中。尖拱相較於圓拱的好處,是尖拱在拱底部產生的橫向推力較小。這可以讓拱的高度提高,也可以有較多安排較密集出入口,這也是哥特式建筑的特點。
的原理是讓質量平均分佈在拱對地面的投影面上,其內部的壓力會使拱出現拋物線的外形。在主要的拱造形中,拋物線拱產生的橫向推力最大,但其跨距也是最大的。拋物線拱常用在需要大跨距的橋樑中。
拱是因為所有的重量才能可以維持其結構,因此在施工時會出現問題。有一種解決方式是在拱下方架一個框架(以往會是木頭的材質),框架的形狀完全和拱下方的曲線一致,這稱為。會放在拱模上,直到整個拱完成,可以支持自身的重量後,才會移除拱模。興建拱時,有時會需要鷹架,可以合併使用來支撐拱的重量。若拱的設計有問題或是施工不當,在移除拱模時,拱可能會倒塌。像在1940年代,蘇格蘭的A85公路在第一次移除拱模時就倒了。拱的內側曲線及下方曲線稱為拱腹線(intrados)。
舊的拱因為拱頂石的老化,有時需要再補強,這稱為。
其他種類的拱
,是一座天然形成的拱門]]
是指一個拱的內部已被填滿,因此沒有門、窗或通道的功能。
自然界石頭也可能形成拱的形狀。天然拱是指因侵蚀作用形成的拱,不是用人工挖掘或建築而成,像美國猶他州的拱門國家公園中就有許多天然拱。
有一種特殊的拱稱為凱旋門,其建造目的是在慶祝戰爭的勝利,例如法國巴黎的巴黎凯旋门即為一例。
相關條目
*拱桥
*叠涩拱
*天然拱
*悬索桥
*凱旋門
參考文獻
桁架
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